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Resolución de la integral doble de Simpsons : $\int^{2.5}_{2.1}\int^{1.4}_{1.2} xy^2 \text{dy dx}$

Utilice Simpsons Doble Integral con $n=m=4$ para aproximar el número entero doble comparar los resultados con la respuesta exacta.

$$\int^{2.5}_{2.1}\int^{1.4}_{1.2} xy^2 \, \,dy dx$$


Del algoritmo de la regla compuesta de los Simpson

el manual de soluciones la respuesta es $.3115733$ . Puede que no haya implementado el algoritmo correctamente, ¿alguien sabe en qué paso me he equivocado?

EDITAR

Según Simpsons Doble Integral:

$$S_{mn}= \frac{2.5-2.1 \cdot1.4-1.2}{9 \cdot 4\cdot 4} \cdot\sum_{i,j=0,0}^{4,4} W_{1,1} f(x_0,y_0) $$

$$S_{4,4}= 5.56_E-4\cdot\sum_{i,j=0,0}^{4,4} [\int^{1.4}_{1.2} (2.1)y^2\,dy+16\int^{1.4}_{1.2} (2.2)y^2dy+4\int^{1.4}_{1.2} (2.3)y^2\,dy+4\int^{1.4}_{1.2} (2.4)y^2\,dy]$$

¿Quizás así?

4voto

SiongthyeGoh Puntos 61

Creo que no ha utilizado la condición de que $\color{blue}{n=m=4}$ .

Regla de Simpson para integrales dobles: $$\int_a^b\int_c^df(x,y) dx dy$$ viene dado por $$S_{mn}=\frac{(b-a)(d-c)}{9mn} \sum_{i,j=0,0}^{m,n} W_{i,j} f(x_i,y_j) $$ donde: $$W= \begin{bmatrix} 1&4&2&4& \ldots &4&1\\ 4&16&8&16&\ldots&16&4\\ 2&8&4&8&\ldots&8&2\\ \ldots&\ldots&\ldots&\ldots&\ldots&\ldots&\ldots&\\ 1&4&2&4&\ldots&4&1\\ \end{bmatrix}$$

Crédito: Otro post sobre el intercambio de pilas

Observación:

Observe también que $$\int_{2.1}^{2.5} \int_{1.2}^{1.4} xy^2\,\, dy dx=\left( \int_{1.2}^{1.4} y^2\, dy\right)\left(\int_{2.1}^{2.5} x\, dx \right) $$

Edita:

He implementado el cálculo de la regla de Simpson para esta pregunta en Python.

Editar $2$ :

Que el $0$ -vector de índices $v=[1,4,2,4,1]$ . Obsérvese que tenemos $W_{i,j}=v_iv_j$ .

Por la regla de Simpson, \begin{align}\int_{2.1}^{2.5} \int_{1.2}^{1.4} xy^2\,\, dx dy &\approx \frac{(2.5-2.1)(1.4-1.2)}{9mn}\sum_{i=0}^m \sum_{j=0}^n W_{i,j}f(x_i,y_j) \\ &=\frac{0.08}{144} \sum_{i=0}^4 \sum_{j=0}^4 v_iv_j x_iy_j^2 \\ &=\frac{1}{1800} \left(\sum_{i=0}^4 v_ix_i \right) \left(\sum_{j=0}^4v_jy_j^2 \right) \end{align}

Tenemos

\begin{align} \sum_{i=0}^4 v_i x_i = (1)(2.1)+(4)(2.2)+(2)(2.3)+(4)(2.4)+(1)(2.5)= 27.6 \end{align}

y

\begin{align} \sum_{j=0}^4 v_j y_j^2 = (1)(1.2^2)+(4)(1.25^2)+(2)(1.3^2)+(4)(1.35^2)+(1)(1.4^2)= 20.32 \end{align}

Por lo tanto

$$\int_{2.1}^{2.5} \int_{1.2}^{1.4} xy^2\,\, dx dy \approx \frac{(27.6)(20.32)}{1800} \approx 0.3115733$$

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